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고정점 후보와 실제 수렴값을 구분하는 수열 풀이

오답 선택지를 비교하던 학생은 점화식의 고정점 방정식에서 얻은 모든 근을 극한이라고 판단했다. 하지만 고정점은 극한의 후보일 뿐, 실제 수열이 그 값으로 수렴하는지는 초기값과 수열의 범위·증감을 따로 확인해야 한다.

하나의 점화식에서 출발하기

다음 수열을 보자.

a1 = x,   an+1 = an2

수열이 수렴하여 극한이 L이라면 점화식에 극한을 대입하여

L = L2

을 얻는다. 따라서

L(L - 1) = 0

이므로 고정점 후보는 L=0, 1이다.

후보가 모두 실제 극한은 아닌 이유

고정점 방정식은 수열이 수렴할 때 극한이 만족해야 할 조건이다. 반대로 고정점이라는 이유만으로 모든 초기값의 수열이 그 점에 수렴한다고 할 수는 없다.

초기값 수열의 성질 극한
0<x<1 0<an+1<an 0
x=1 모든 항이 1 1
x>1 an+1>an>1 수렴하지 않음

범위와 증감으로 후보를 판정하기

0<x<1인 경우

처음 항이 0과 1 사이이면 제곱할 때 값이 작아지므로

0<an+1<an<1

이 성립한다. 따라서 수열은 감소하고 0 이상으로 아래에서 제한된다. 그러므로 수렴하며, 극한은 고정점 후보 중 범위에 맞는 0이다.

x=1인 경우

a1=1이면 모든 항이 1이므로 극한은 1이다. 1은 실제로 수열이 도달하는 고정점이다.

x>1인 경우

x가 1보다 크면 an+1=an2>an이므로 항들이 계속 커진다. 특히 an>1이 유지되므로 유한한 실수로 수렴할 수 없다.

예를 들어 x=2이면 an=22n-1이 되어 무한히 커진다. 이때 고정점 0과 1은 방정식의 해이지만, 이 수열의 극한은 아니다.

최종 검산

고정점 후보를 구한 뒤에는 반드시 다음 순서로 확인한다.

  1. 초기값으로부터 수열의 범위를 정한다.
  2. 수열이 증가 또는 감소하는지 판단한다.
  3. 수렴 여부를 확인한다.
  4. 후보 중 실제 범위와 일치하는 값을 선택한다.

따라서 이 문제에서 “극한의 후보”는 0과 1이지만, 초기값에 따라 결과가 달라진다. 0<x<1이면 극한은 0, x=1이면 극한은 1이며, x>1이면 수열은 수렴하지 않는다.

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서부신시가지 고2수학과외 수업 후기

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선생님께서는 숙제를 마친 뒤 틀린 이유를 함께 살피고, 수업이 끝나면 아이가 궁금한 점을 직접 정리하도록 차분히 기다려 주셨습니다. 서부신시가지에서 수학 과외를 시작할 때만 해도 아이는 틀린 문제를 다시 보기보다 정답부터 확인하려 했습니다. 시험 기간에도 그날 할 일과 다음에 복습할 내용을 나누어 주셔서인지, 요즘은 질문할 때 눈치를 덜 보고 스스로 책상에 앉아 복습하는 모습이 보입니다.

★★★★★수업 후기

서부신시가지에서 수학 과외를 시작하고 시험 범위를 처음 확인하던 날, 아이가 모르는 부분을 숨기지 않고 말하는 모습이 인상적이었습니다. 평일 저녁 숙제에서도 틀린 문제를 다시 펼쳐 보자 선생님은 생각할 시간을 충분히 주고 재촉하지 않으셨습니다. 수업이 있는 날을 예전처럼 부담스러워하지 않는 변화가 성적보다 먼저 보여 만족스럽습니다.

★★★★★수업 후기

학생별 1:1 수업 안내

수업은 학생별 1:1로 진행하며, 현재 학습 상태와 목표에 따라 수업 내용을 달리합니다.